Classificatie van zonne-energiesystemen

Over de hele wereld zijn mensen momenteel bezig met het gebruik van hernieuwbare energiebronnen om in hun energiebehoeften te voorzien. In de wereld van vandaag zijn er veel voorbeelden van de grootschalige opkomst en implementatie van zonne-energiesystemen/-technologieën in de samenleving. Studenten die onlangs zijn afgestudeerd of individuen die zonne-energie willen gebruiken voor doeleinden thuis of op het werk, zullen moeten worden voorgelicht over welke soorten zonne-energiesystemen er bestaan, hoe ze werken en hun voor- en nadelen, om weloverwogen aankoopbeslissingen te kunnen nemen. Zonne-energiesystemen kunnen in drie typen worden ingedeeld op basis van: 1) hoe energie wordt geproduceerd (technologie); 2) hoe het systeem aansluit/werkt in combinatie met het elektriciteitsnet (configuratie); en 3) de omvang van een systeem in vergelijking met andere soorten systemen. Het doel van dit artikel is om u verschillende voorbeelden te geven van hoe we zonne-energietechnologiesystemen in deze drie categorieën kunnen indelen en om u van elke categorie een gedetailleerde beschrijving te geven.

De meest basale classificatie van zonne-energiesystemen is gebaseerd op de manier waarop we de energie van de zon gebruiken om dingen van stroom te voorzien. Er zijn slechts twee manieren om dit te doen: het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (PV) of het gebruik van geconcentreerde zonne-energie (CSP); en dan zijn er nog de thermische zonnesystemen die thermische (of warmte-producerende) energie (verwarming) genereren.

Fotovoltaïsche (PV) systemen

Het meest voorkomende type gebruik van zonne-energie zijn fotovoltaïsche systemen. Met behulp van het fotovoltaïsche effect transformeren moderne fotovoltaïsche systemen zonnestraling in elektrische energie met behulp van een halfgeleider, meestal silicium, wat de industriestandaard is. De halfgeleider wordt 'aangeslagen' door de zonnestralen, waardoor een stroom elektronen beweegt en een directe elektrische stroom ontstaat, in tegenstelling tot een wisselstroom, die in twee verschillende richtingen stroomt. In de meeste huishoudens en werkplekken wordt dit gelijkstroom (DC) genoemd. Om in de meeste huishoudens en werkplekken toepasbaar te zijn, is een omvormer nodig om de gelijkstroom (DC) van de cel om te zetten in wisselstroom (AC). Gezien de veelzijdigheid en schaalbaarheid van fotovoltaïsche systemen zijn moderne commerciële panelen ontworpen om een ​​efficiëntie tot wel 30% te behalen. Deze systemen kunnen zo klein zijn als een paar fotovoltaïsche panelen op een dak, of zo groot als grote fotovoltaïsche zonne-energieparken op utiliteitsschaal.

Geconcentreerde zonne-energiesystemen (CSP).

Het CSP-proces (Concentrated Solar Power) maakt gebruik van spiegels en/of lenzen om geconcentreerde zonne-energie over een groot gebied te verzamelen, en gebruikt deze lenzen en spiegels om die energie van een groot gebied naar een kleiner gebied (zoals een ontvangsttoren of buis) te richten. De geconcentreerde zonne-energie verwarmt het oppervlak van de platte spiegels (of lenzen), waardoor warmte ontstaat die kan worden gebruikt om een ​​warmteoverdrachtsvloeistof te verwarmen (ikzelf, gesmolten zout, olie, enz.). De warmte zal worden opgeslagen in de warmteoverdrachtsvloeistof totdat de warmte in de warmteoverdrachtsvloeistof zal worden gebruikt om stoom te creëren die vervolgens zal worden gebruikt om de turbines te laten draaien die zijn gekoppeld om elektriciteit op te wekken. De maximale thermische efficiëntie van CSP-technologie wordt geschat op ongeveer 35%, wat geweldig is in vergelijking met andere vormen van elektriciteitsopwekking vanwege hun vermogen om een ​​thermisch energieopslagelement te hebben dat het mogelijk maakt om elektriciteit na zonsondergang te verzenden. Over het algemeen zijn CSP-systemen groot in omvang en complexiteit; Daarom zijn ze in de eerste plaats geschikt voor grootschalige netwerktoepassingen- in gebieden met veel direct zonlicht, zoals woestijnen.

Thermische zonne-energiesystemen (verwarming).

In tegenstelling tot CSP vangt thermische zonnetechnologie "thermische" (warmte) energie op voor daadwerkelijk gebruik, in tegenstelling tot het opwekken van elektriciteit (zoals een CSP doet). Voorbeelden van toepassingen waar deze technologieën vaak worden gebruikt, zijn onder meer de verwarming van warm water voor huishoudelijk gebruik (bijvoorbeeld douches) en de verwarming van zwembaden. Thermische zonnesystemen zijn over het algemeen minder complex en kosteneffectiever om aan specifieke verwarmingsbehoeften te voldoen in vergelijking met CSP-systemen.

Vanuit het perspectief van een installateur of huiseigenaar is de meest praktische classificatie van een PV-systeem gebaseerd op de elektrische configuratie en relatie met het elektriciteitsnet. Er zijn drie hoofdtypen: grid-gebonden (on-grid), off-grid (standalone) en hybride systemen.

Op-rastersystemen (grid-gebonden).
Op-netsystemen zijn rechtstreeks aangesloten op het openbare elektriciteitsnet en zijn wereldwijd het meest voorkomende type residentiële en commerciële installatie.

Hoe het werkt:Zonnepanelen wekken overdag elektriciteit op. Deze stroom wordt gebruikt om de belastingen van het gebouw te laten werken. Als het systeem meer stroom produceert dan nodig is, wordt het overschot teruggeleverd aan het openbare elektriciteitsnet. 's Nachts of tijdens periodes van lage productie haalt het gebouw stroom uit het elektriciteitsnet.

Sleutelcomponent:Deze systemen vereisen geen batterijbanken. Het elektriciteitsnet zelf fungeert als een virtueel opslagsysteem voor overtollige energie.

Voordelen:Ze zijn het meest kosteneffectief-en eenvoudigst te installeren vanwege het ontbreken van batterijen. Ze maken ook nettometing mogelijk, waarbij huiseigenaren krediet krijgen voor de overtollige stroom die ze aan het elektriciteitsnet leveren.

Nadeel:Het belangrijkste nadeel is dat het systeem om veiligheidsredenen wordt uitgeschakeld tijdens een stroomstoring op het elektriciteitsnet (om te voorkomen dat er weer- elektriciteit wordt teruggevoerd naar lijnwerkers), wat betekent dat het geen back-upstroom kan leveren.

Off--net (zelfstandige) systemen

Off-netsystemen functioneren onafhankelijk van het elektriciteitsnet. Ze zijn ideaal voor gebruik in afgelegen gebieden zonder praktische netaansluiting of waar de kosten voor netaansluiting te hoog zijn.

Bediening:Zonnepanelen zorgen voor het opladen van een accubank voor gebruik tijdens de nacht of als het niet zonnig is. Een omvormer fungeert als gateway om de gelijkstroom die door de batterijen wordt geproduceerd, om te zetten in wisselstroom zoals deze in huis wordt gebruikt.

Centrale functie:Een accubank die voldoende stroom kan leveren om het off--systeem meerdere dagen te ondersteunen zonder dat deze hoeft te worden opgeladen, is het belangrijkste kenmerk van een- off-grid-systeem. Want als de weersomstandigheden het opladen onmogelijk maken, zullen veel huizen buiten het elektriciteitsnet ook een back-upgenerator hebben die voor langere tijd meer dan voldoende stroom kan leveren.

Voordelen:Volledig onafhankelijk leven van het elektriciteitsnet en toegang hebben tot elektriciteit in een afgelegen gebied dat geen elektriciteit ontvangt van het elektriciteitsnet.

Nadelen:Deze systemen zijn aanzienlijk duurder vanwege de batterijkosten. Ze vereisen ook een complexer ontwerp en een nauwgezet energiebeheer door de gebruiker om te voorkomen dat de batterijen leeg raken.

Hybride systemen
Hybride systemen combineren de beste elementen van on-on-grid en off--grid-technologie.

Wat een hybride systeem is:Een hybride systeem wordt aangesloten op het elektriciteitsnet, net als een net-netgekoppeld systeem, maar er is ook een accubank in het systeem opgenomen. De geproduceerde zonne-energie wordt gebruikt om eerst de elektrische belastingen van het huis van stroom te voorzien en vervolgens om de batterijen op te laden. Pas nadat de batterijen volledig zijn opgeladen, wordt de resterende geproduceerde zonne-energie teruggestuurd naar het net. Tijdens een stroomstoring als gevolg van een netstoring heeft een hybride systeem de mogelijkheid om zichzelf los te koppelen van het elektriciteitsnet en stroom te blijven leveren aan het huis via de accubank en via de zonnepanelen.

Sleutelcomponent van een hybride systeem:Hybride omvormer of een omvormer gekoppeld aan een batterijcontroller - dit onderdeel bestuurt de vele verschillende componenten in een hybride systeem.

Voordelen van een hybride systeem:Betrouwbaarheid van back-upstroom, de mogelijkheid om zelf-gegenereerde energie te besparen voor gebruik tijdens piekstroomtarieven, en mogelijk een kleinere accubank in vergelijking met een- toepassing die alleen buiten het elektriciteitsnet ligt.

Nadeel van het hebben van een hybride systeem:Door de extra batterijkosten zijn de totale kosten hoger dan bij een standaard net-netgekoppeld systeem.

Naast het systeemtype worden zonne-installaties ook gecategoriseerd op basis van hun grootte en hun relatie tot de elektrische belasting die ze bedienen.

Distributed Generation (DG): Dit zijn kleinere systemen die zich het dichtst bij het verbruikspunt bevinden. De meeste systemen op daken van woningen en commerciële gebouwen vallen in deze categorie. Ze worden doorgaans geïntegreerd in het laagspanningsdistributienet en kunnen consumenten in staat stellen te besparen op hun elektriciteitsrekening.

Gecentraliseerde opwekking (nuts-schaal): dit zijn grote zonne-energiecentrales, meestal verspreid over honderden hectares, die elektriciteit produceren die vervolgens via hoogspanningstransmissielijnen wordt geleverd aan verre-eindgebruikers-. Zowel grootschalige-PV-zonneparken als CSP-centrales vallen in deze categorie. Over het algemeen is de classificatie van zonne-energiesystemen complex. Of ze nu worden geclassificeerd op basis van de betrokken technologie (PV vs. CSP), de operationele configuratie (on-grid, off-grid of hybride), of de mate van implementatie, elke classificatie heeft een belangrijke functie in het energiesysteem van de wereld. Het kennen van deze verschillen is de basis voor degenen die zonne-energie willen gebruiken.